1-й семестр

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

1. Электрическое поле

· Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона

· Электрическое поле. Напряженность электрического поля

· Потенциал и разность потенциалов

· Проводники и диэлектрики в электростатическом поле

· Электроемкость. Конденсаторы

· Энергия электрического поля

Тематическое планирование

УРОК 1/1

Тема. Азбука электростатики

Цель урока: напомнить учащимся основные понятия электростатики, изучаемые в 9 классе.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Электрический заряд

Тела, имеющие способность к электрических взаимодействий, называют наелектризованими. Если наэлектризованное тело, говорят, что оно имеет электрический заряд.

Ø Электрический заряд - это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитное взаимодействие. Единица электрического заряда в СИ - кулон (Кл). 1 Кл равен заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока в проводнике 1 А : 1 Кл = 1 А · 1 с.

Основные свойства электрического заряда:

1. Существуют два рода электрических зарядов - положительные и отрицательные. Электрический заряд наэлектризованной стеклянной палочки, потертой о шелк, назвали положительным, а заряд ебонітової палочки, потертой о мех,- отрицательным.

2. Тела, имеющие заряды одного знака, отталкиваются; тела, имеющие заряды противоположных знаков притягиваются.

3. Носителем электрического заряда есть частица: электрический заряд не существует отдельно от нее.

4. Электрический заряд является дискретным, то есть электрические заряды физических тел кратные определенному самом малом (элементарном) заряда. Носителем наименьшего отрицательного заряда является электрон:

e = -1,6 · 10-19 Кл.

Носителем наименьшего положительного заряда является протон. Заряд протона по модулю равен заряду электрона.

2. Электризация тел

Учитывая выполнены опытов и наблюдений можно сделать вывод:

Ø явление, за которого тела приобретают свойства притягивать другие тела, называют электризацией.

Тела, имеющие способность к электрических взаимодействий, называют наелектризованими.

Существуют несколько способов электризации, среди которых - электризация трением. В процессе электризации трением происходит тесный контакт двух тел, изготовленных из разных материалов, и часть электронов переходит с одного тела на другое.

За любого способа электризации тел происходит перераспределение существующих в них электрических зарядов, а не появление новых. Это утверждение является следствием важнейшего закона природы - закона сохранения электрического заряда.

3. Закон сохранения электрического заряда

Во время электризации тело потеряло часть своих электронов, заряжается положительно, а тело приобрело лишних электронов - отрицательно. Общее же количество электронов в этих телах остается неизменной.

Ø Полный заряд замкнутой системы тел или частиц остается неизменным при всех взаимодействий, происходящих в этой системе:

Этот закон не утверждает, что суммарные заряды всех положительно заряженных и всех отрицательно заряженных частиц должны каждый отдельно храниться. Во время ионизации атома в системе образуются две частицы: положительно заряженный ион и отрицательно заряженный электрон. Суммарные положительный и отрицательный заряды при этом увеличиваются, же полный электрический заряд остается неизменным. Несложно увидеть, что всегда сохраняется разница между общим числом всех положительных и отрицательных зарядов.

4. Закон Кулона

Французский ученый Шарль Кулон исследовал, как зависит сила взаимодействия между заряженными телами от значений зарядов тел и от расстояния между ними. В своих опытах Кулон не учитывал размеры тел, которые взаимодействуют.

Заряд, помещенный на теле, размеры которого малы по сравнению с расстояниями до других тел, с которыми оно взаимодействует, называют точечным зарядом.

Закон Кулона, открытый 1785 г., количественно описывает взаимодействие заряженных тел. Он является фундаментальным законом, то есть установлен с помощью эксперимента и не вытекает ни из какого другого закона природы.

Ø Значение силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов q1 и q2 прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

Значение коэффициента пропорциональности k зависит от выбора системы единиц.

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона равен Физический смысл этого коэффициента заключается вот в чем: два точечных заряда по 1 Кл каждый, находятся на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой, равной 9 · 109 H.

Иногда вместо коэффициента k используют другой коэффициент ε0 называется электрической постоянной:

Тогда математическая запись закона Кулона имеет такой вид:

ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. Чем обусловлено взаимодействие электрически заряженных тел?

2. В каких случаях заряженные тела притягиваются, а в каких - отталкиваются?

3. При каких условиях выполняется закон сохранения электрического заряда?

4. От чего зависит электрическая сила взаимодействия заряженных тел?

Второй уровень

1. Почему притяжение кусочков бумаги натертым расческой нельзя объяснить действием сил тяжести, упругости и веса?

2. С помощью какого опыта можно проиллюстрировать закон сохранения электрического заряда?

3. В чем заключаются сходство и различия между законом всемирного тяготения и законом Кулона?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Качественные вопросы

1. Что происходит во время тесного контакта двух тел, изготовленных из разных материалов?

2. Почему во время взаимодействия ебонітової палочки и шерсти электризуются оба тела?

3. Почему электрическое отталкивание обнаружили почти через две тысячи лет после того, как было обнаружено притяжения?

Решения. Два тела испытывают электрического притяжения, если заряженное только одно из тел, причем зарядом любого знака. А электрическое отталкивание проявляет себя только тогда, когда оба тела заряжены, причем обязательно одноименно.

2). Учимся решать задачи

1. Каждая из двух одинаковых маленьких незаряженных шариков массой 0,01 г подвешена в вакууме на шелковой нитке длиной 1 м так, что шарики соприкасаются. Первый шарик отвели в сторону, зарядили и вернули в первоначальное положение. После этого шарики разошлись на расстояние 14 см. Определите заряд первого шарика, прежде чем ее коснулись.

Решения. После касания заряд первого шарика распределился между двумя шариками. В результате между заряженными шариками возникла сила кулоновского отталкивания. Выполним пояснительный рисунок.

На каждый шарик действуют три силы: кулоновское сила , сила тяжести tкж и сила натяжения нити . Так как шарики находятся в равновесии, то векторная сумма сил равна нулю: + tкж + = 0. Это условие будет выполнено, если модуль рівнодіючих сил и tкж равен модулю силы : Fтяж tg = F. Согласно закону Кулона назад

где q1’ и q2’ - соответственно заряды первой и второй шарика после взаимодействия.

Поскольку система шариков является замкнутой, в ней выполняется закон сохранения заряда: q1 + q2 = q1’ + q’2. Поскольку размеры шаров одинаковы, то q1’ = q2’ = q’, следовательно,

Значение tg найдем из треугольника ABC: Так Значит,

Из уравнения (1) с учетом (2) и (3) получаем, что модуль заряда первого шарика, прежде чем ее коснулись:

Проверим единицы величин:

Определим значение искомой величины:

Ответ: заряд первого шарика перед соударением 7,8 нКл.

2. Три одинаковых положительных точечных заряда по 18 нКл каждый расположены в вершинах равностороннего треугольника. Какой точечный заряд необходимо поместить в центре треугольника, чтобы система зарядов находилась в равновесии?

3. Заряды двух одинаковых маленьких металлических шариков равны q1 = -2 нКл и q2 = +10 нКл. После того как шарики столкнулись, их развели на предыдущую расстояние. Во сколько раз изменился модуль силы взаимодействия между ними?

Решения. Пусть расстояние между шариками равна r. Тогда модуль силы взаимодействия между ними изменился от к Здесь q - заряд каждого из шариков после столкновения. Согласно закону сохранения заряда 2q = q1 + q2. Следовательно,

4. Когда с первой капельки миллиард электронов переместили на вторую, между ними возникла сила электрического взаимодействия. Сколько электронов необходимо переместить с первой капельки на вторую, чтобы эта сила увеличилась в 4 раза?

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

• Электрический заряд - это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитное взаимодействие.

1 Кл равен заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока в проводнике 1 А:

1 Кл = 1 А · 1 с.

• Явления, в которых тела приобретают свойства притягивать другие тела, называют электризацией.

• Полный заряд замкнутой системы тел или частиц остается неизменным при всех взаимодействий, происходящих в этой системе:

• Заряд, помещенный на теле, размеры которого малы по сравнению с расстояниями до других тел, с которыми оно взаимодействует, называют точечным зарядом.

• Значение силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов q1 и q2 прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния r между ними:

Домашнее задание

1. Подр-1: § 1; подр-2: § 1 (п. 1).

2. Сб.:

Рів1 № 1.8; 1.9; 1.10; 1.11.

Рів2 № 1.31; 1.32; 1.34, 1.35.

Рів3 № 1.54, 1.55; 1.56; 1.57.